JPH07158500A - エンジン火炎の評価方法 - Google Patents
エンジン火炎の評価方法Info
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- JPH07158500A JPH07158500A JP30495893A JP30495893A JPH07158500A JP H07158500 A JPH07158500 A JP H07158500A JP 30495893 A JP30495893 A JP 30495893A JP 30495893 A JP30495893 A JP 30495893A JP H07158500 A JPH07158500 A JP H07158500A
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- JP
- Japan
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- flame
- air
- engine
- fuel ratio
- combustion
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
- F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
- F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
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- Testing Of Engines (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】エンジン筒内燃焼火炎に基づいて失火検出や空
燃比検出を行う。 【構成】エンジンの点火栓のギャップ間に発生するイオ
ン電流の時間経過に伴う波形の変化を解析して燃焼室内
での火炎の空燃比を推定する。また、ガスケットに検出
手段を内蔵して火炎の空燃比，拡がりを推定する。 【効果】筒内燃焼状態を直接検出して火炎の評価を行う
ことができる。これにより今後さらに厳しくなる排ガス
規制や燃費規制に対応するための燃焼制御技術を提供で
きる。
燃比検出を行う。 【構成】エンジンの点火栓のギャップ間に発生するイオ
ン電流の時間経過に伴う波形の変化を解析して燃焼室内
での火炎の空燃比を推定する。また、ガスケットに検出
手段を内蔵して火炎の空燃比，拡がりを推定する。 【効果】筒内燃焼状態を直接検出して火炎の評価を行う
ことができる。これにより今後さらに厳しくなる排ガス
規制や燃費規制に対応するための燃焼制御技術を提供で
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の空燃比（エ
ンジンに供給される空気量と燃料量の比）や火炎の形
状，火炎の拡がり状態等を検出して火炎を評価する方法
に係り、特に自動車エンジンに好適な火炎の評価方法に
関する。
ンジンに供給される空気量と燃料量の比）や火炎の形
状，火炎の拡がり状態等を検出して火炎を評価する方法
に係り、特に自動車エンジンに好適な火炎の評価方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車エンジンでは、シリンダ内に供給
される空気量は空気流量センサで検出され、燃料量は空
気流量に基づいて燃料噴射弁の噴射時間で調節され、そ
の結果、任意の運転条件に応じた任意の空燃比に調節さ
れるようになっている。しかしながら、ここで言う空燃
比とはエンジンに供給される空気量と燃料量の比であっ
て、実際のシリンダ内の燃焼状態については、ごく限ら
れた方法でしか評価されていないのが実情である。
される空気量は空気流量センサで検出され、燃料量は空
気流量に基づいて燃料噴射弁の噴射時間で調節され、そ
の結果、任意の運転条件に応じた任意の空燃比に調節さ
れるようになっている。しかしながら、ここで言う空燃
比とはエンジンに供給される空気量と燃料量の比であっ
て、実際のシリンダ内の燃焼状態については、ごく限ら
れた方法でしか評価されていないのが実情である。
【０００３】シリンダ内の燃焼状態が直接的に評価され
ているものとしては、４気筒エンジンのうち第１気筒の
みに圧力導管を備えてシリンダ内の圧力を導きだし、圧
力センサを用いて圧力を測定している例がある。点火プ
ラグに光ファイバを組み込んでシリンダ内の燃焼光を検
出し、その光情報から燃焼状態を調べる方法も提案され
ている。また、特開昭63−66431号，特開平4−308339
号，特開平4−141977号,特開平4−134180 号公報には、
点火プラグあるいはイオンセンサをシリンダ内に挿入し
て火炎内のイオンを測定する方法が開示されている。
ているものとしては、４気筒エンジンのうち第１気筒の
みに圧力導管を備えてシリンダ内の圧力を導きだし、圧
力センサを用いて圧力を測定している例がある。点火プ
ラグに光ファイバを組み込んでシリンダ内の燃焼光を検
出し、その光情報から燃焼状態を調べる方法も提案され
ている。また、特開昭63−66431号，特開平4−308339
号，特開平4−141977号,特開平4−134180 号公報には、
点火プラグあるいはイオンセンサをシリンダ内に挿入し
て火炎内のイオンを測定する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、４気筒エンジンのうち第１気筒のみに圧力導管を備
えてシリンダ内の燃焼圧力を導きだし、圧力センサを用
いて圧力を測定する方法では、他のシリンダについては
測定していないためにエンジン全体として考えると精度
の問題がある。点火プラグに光ファイバを組み込んでシ
リンダ内の燃焼光を検出し、その光情報から燃焼状態を
調べる方法では、光を検出する端面に汚れが付着すると
検出光強度が低下する欠点を有する。また、イオンセン
サを用いる従来技術は、イオンセンサ形状や挿入方法，
点火プラグ構造が主な記載内容であり、その使用につい
ても失火検出や火炎伝播の測定に留まっている。
て、４気筒エンジンのうち第１気筒のみに圧力導管を備
えてシリンダ内の燃焼圧力を導きだし、圧力センサを用
いて圧力を測定する方法では、他のシリンダについては
測定していないためにエンジン全体として考えると精度
の問題がある。点火プラグに光ファイバを組み込んでシ
リンダ内の燃焼光を検出し、その光情報から燃焼状態を
調べる方法では、光を検出する端面に汚れが付着すると
検出光強度が低下する欠点を有する。また、イオンセン
サを用いる従来技術は、イオンセンサ形状や挿入方法，
点火プラグ構造が主な記載内容であり、その使用につい
ても失火検出や火炎伝播の測定に留まっている。
【０００５】本発明の目的は、今後さらに厳しくなる排
ガス規制や燃費規制に対応するためにも、シリンダ内の
火炎の燃焼状態、特に空燃比を直接的に評価する方法を
提供することにある。
ガス規制や燃費規制に対応するためにも、シリンダ内の
火炎の燃焼状態、特に空燃比を直接的に評価する方法を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの燃
焼室内での火炎の燃焼状態を点火栓のギャップ間に発生
するイオン電流の時間経過に伴う波形の変化を解析し
て、該波形のうち最初の極大値が出現するまでの時間あ
るいはその極大値が出現したときのイオン電流強度から
燃焼火炎の空燃比を推定するようにしたことにある。こ
の場合、イオン電流波形の最初の極大値が出現するまで
の時間あるいはその極大値が出現したときのイオン電流
強度と空燃比との関係を予め求めておき、該関係に基づ
いて空燃比を推定することが望ましい。
焼室内での火炎の燃焼状態を点火栓のギャップ間に発生
するイオン電流の時間経過に伴う波形の変化を解析し
て、該波形のうち最初の極大値が出現するまでの時間あ
るいはその極大値が出現したときのイオン電流強度から
燃焼火炎の空燃比を推定するようにしたことにある。こ
の場合、イオン電流波形の最初の極大値が出現するまで
の時間あるいはその極大値が出現したときのイオン電流
強度と空燃比との関係を予め求めておき、該関係に基づ
いて空燃比を推定することが望ましい。
【０００７】イオン電流信号の時間変化波形を解析して
該信号のうち最初の極大値が出現した後その信号が極小
となるまでの時間から燃焼火炎の空燃比を推定するよう
にしてもよい。この場合には、イオン電流信号のうち最
初の極大値が出現した後その信号が極小となるまでの時
間と空燃比との関係を予め求めておき、該関係に基づい
て空燃比を推定することが望ましい。
該信号のうち最初の極大値が出現した後その信号が極小
となるまでの時間から燃焼火炎の空燃比を推定するよう
にしてもよい。この場合には、イオン電流信号のうち最
初の極大値が出現した後その信号が極小となるまでの時
間と空燃比との関係を予め求めておき、該関係に基づい
て空燃比を推定することが望ましい。
【０００８】イオン電流信号の時間変化波形を解析して
該信号のうち最初の極大値が出現した後その信号が極小
となり再び増加して極大値が出現するまでの時間あるい
はそのときのイオン電流強度から燃焼火炎の空燃比を推
定するようにしてもよい。この場合には、イオン電流信
号のうち最初の極大値が出現した後その信号が極小とな
り再び増加して極大値が出現するまでの時間あるいはそ
のときのイオン電流強度と空燃比との関係を予め求めて
おき、該関係に基づいて空燃比を推定することが望まし
い。
該信号のうち最初の極大値が出現した後その信号が極小
となり再び増加して極大値が出現するまでの時間あるい
はそのときのイオン電流強度から燃焼火炎の空燃比を推
定するようにしてもよい。この場合には、イオン電流信
号のうち最初の極大値が出現した後その信号が極小とな
り再び増加して極大値が出現するまでの時間あるいはそ
のときのイオン電流強度と空燃比との関係を予め求めて
おき、該関係に基づいて空燃比を推定することが望まし
い。
【０００９】本発明はまた、エンジン頭部とシリンダと
の間にイオンセンサ内蔵ガスケットを設け、該イオンセ
ンサから出力されたイオン電流強度に基づいて空燃比を
推定することを特徴とする。
の間にイオンセンサ内蔵ガスケットを設け、該イオンセ
ンサから出力されたイオン電流強度に基づいて空燃比を
推定することを特徴とする。
【００１０】また、前記イオンセンサを燃焼室を取り囲
むように複数個備え、該イオンセンサからの出力信号を
用いて火炎の形状或いは火炎の偏りを検出することを特
徴とする。
むように複数個備え、該イオンセンサからの出力信号を
用いて火炎の形状或いは火炎の偏りを検出することを特
徴とする。
【００１１】前記イオンセンサからの出力信号の出力時
間差を用いて火炎の拡がりを検出することは極めて好ま
しい。
間差を用いて火炎の拡がりを検出することは極めて好ま
しい。
【００１２】以上述べた方法によって求めた空燃比を取
り込んでエンジンの燃料噴射弁の開度を制御することに
より、エンジンのシリンダ内の燃焼状態を直接的に評価
して空燃比制御を行うことができる。
り込んでエンジンの燃料噴射弁の開度を制御することに
より、エンジンのシリンダ内の燃焼状態を直接的に評価
して空燃比制御を行うことができる。
【００１３】本発明によれば、以上述べた方法によって
求めた空燃比を取り込んでエンジンの燃料噴射弁の開度
を制御する手段を含むエンジン制御システムを構築する
ことができる。
求めた空燃比を取り込んでエンジンの燃料噴射弁の開度
を制御する手段を含むエンジン制御システムを構築する
ことができる。
【００１４】
【作用】点火栓（点火プラグ）やイオンセンサを燃焼状
態を評価するための検出手段とすることは、火炎に直接
触れた評価となる。火炎が点火プラグやイオンセンサの
検出端に触れると火炎中の導電成分濃度によった信号を
出力する。火炎が存在する場合には火炎中に導電成分が
あるので、点火プラグやイオンセンサから信号を出力す
る。火炎が無い場合には、導電成分が無いので信号出力
が無い。すなわち、火炎の有無が検出できる。また、導
電成分濃度は空燃比と相関する。燃焼火炎の温度は当量
の場合が最も高く、空気過剰でも、燃料過剰でも火炎温
度は下がる。火炎温度が高いときが燃焼反応が活発なと
きなので、当量燃焼時が導電成分であるイオンやラジカ
ルの濃度も高く、空気過剰や空気不足では濃度が下が
る。従って、点火プラグやイオンセンサからの出力信号
で、燃焼火炎の空燃比が分かる。
態を評価するための検出手段とすることは、火炎に直接
触れた評価となる。火炎が点火プラグやイオンセンサの
検出端に触れると火炎中の導電成分濃度によった信号を
出力する。火炎が存在する場合には火炎中に導電成分が
あるので、点火プラグやイオンセンサから信号を出力す
る。火炎が無い場合には、導電成分が無いので信号出力
が無い。すなわち、火炎の有無が検出できる。また、導
電成分濃度は空燃比と相関する。燃焼火炎の温度は当量
の場合が最も高く、空気過剰でも、燃料過剰でも火炎温
度は下がる。火炎温度が高いときが燃焼反応が活発なと
きなので、当量燃焼時が導電成分であるイオンやラジカ
ルの濃度も高く、空気過剰や空気不足では濃度が下が
る。従って、点火プラグやイオンセンサからの出力信号
で、燃焼火炎の空燃比が分かる。
【００１５】エンジン頭部とシリンダの間にイオンセン
サ内蔵ガスケットを設け、かつイオンセンサをシリンダ
内周に沿って複数個装備することにより、それらの検出
手段が火炎中の導電成分濃度によって出力信号強度を変
えて出力する検出手段であることから、火炎がその検出
端に到着する時間差から火炎の偏りや広がりを求めるこ
とができ、さらにイオン電流強度から空燃比が分かる。
サ内蔵ガスケットを設け、かつイオンセンサをシリンダ
内周に沿って複数個装備することにより、それらの検出
手段が火炎中の導電成分濃度によって出力信号強度を変
えて出力する検出手段であることから、火炎がその検出
端に到着する時間差から火炎の偏りや広がりを求めるこ
とができ、さらにイオン電流強度から空燃比が分かる。
【００１６】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を述べ
る。
る。
【００１７】本実施例に係る基本構造は図１，図２，図
５及び図６に示される。
５及び図６に示される。
【００１８】吸気管１０を流通してきた空気１１と燃料
１２は、吸気弁１３を経てシリンダ内に至り、点火栓２
０により着火され、火炎１５を形成する。この火炎中に
は、燃焼反応によりイオンやラジカル，電子が存在して
いる。これらの濃度を点火栓２０により検出する。この
検出信号は検出信号解析装置２２に至り、火炎の空燃比
や失火を検出する。
１２は、吸気弁１３を経てシリンダ内に至り、点火栓２
０により着火され、火炎１５を形成する。この火炎中に
は、燃焼反応によりイオンやラジカル，電子が存在して
いる。これらの濃度を点火栓２０により検出する。この
検出信号は検出信号解析装置２２に至り、火炎の空燃比
や失火を検出する。
【００１９】点火栓２０により着火された火炎は、伝播
しエンジン頭部とシリンダ１４の境界に配置された燃焼
状態検出手段内蔵内周ガスケット２１のところに至る。
燃焼状態検出手段はシリンダ内の周囲に沿って複数個備
えられている。このガスケットに内蔵される検出手段
は、火炎がその検出端に触れると火炎中の導電成分濃度
によって出力信号強度を変えて出力する検出手段である
ことから、火炎がその検出端に到着する時間差から火炎
の偏りや拡がりが分かる。これらは、検出信号解析装置
２２に導かれ信号解析の結果得られる。排気弁３１を通
り排気管３０を流通する排気ガス３５の酸素濃度は酸素
センサ４０により計測され、酸素濃度解析装置４１で解
析される。
しエンジン頭部とシリンダ１４の境界に配置された燃焼
状態検出手段内蔵内周ガスケット２１のところに至る。
燃焼状態検出手段はシリンダ内の周囲に沿って複数個備
えられている。このガスケットに内蔵される検出手段
は、火炎がその検出端に触れると火炎中の導電成分濃度
によって出力信号強度を変えて出力する検出手段である
ことから、火炎がその検出端に到着する時間差から火炎
の偏りや拡がりが分かる。これらは、検出信号解析装置
２２に導かれ信号解析の結果得られる。排気弁３１を通
り排気管３０を流通する排気ガス３５の酸素濃度は酸素
センサ４０により計測され、酸素濃度解析装置４１で解
析される。
【００２０】検出信号解析装置２２と酸素濃度解析装置
４１により得られる失火，空燃比，火炎の偏り等の情報
は、燃料量，空気量，点火時間，吸排気弁の開閉時間等
を調節してエンジン燃焼を最適化するエンジン制御装置
５０へと至り、低公害な、かつ低燃費な燃焼が維持され
る。
４１により得られる失火，空燃比，火炎の偏り等の情報
は、燃料量，空気量，点火時間，吸排気弁の開閉時間等
を調節してエンジン燃焼を最適化するエンジン制御装置
５０へと至り、低公害な、かつ低燃費な燃焼が維持され
る。
【００２１】図２を用いて、燃焼反応により生成するイ
オンやラジカル，電子の濃度を点火栓２０により検出す
る方法について説明する。点火栓２０の中心電極２４に
着火のための高電圧を印加後、定電圧を供給する電源機
能を備えた装置２３から定電圧を印加する。中心電極２
４と接地極２５の間に火炎が存在すれば、その火炎中の
イオンやラジカル，電子等が導電媒体となって、中心電
極２４と接地極２５の間は開回路から閉回路となり、電
流を生じる。この電流を電源機能を備えた装置２３で検
出し、検出された電流波形は検出信号解析装置２２へと
導かれる。この電流をイオン電流という。
オンやラジカル，電子の濃度を点火栓２０により検出す
る方法について説明する。点火栓２０の中心電極２４に
着火のための高電圧を印加後、定電圧を供給する電源機
能を備えた装置２３から定電圧を印加する。中心電極２
４と接地極２５の間に火炎が存在すれば、その火炎中の
イオンやラジカル，電子等が導電媒体となって、中心電
極２４と接地極２５の間は開回路から閉回路となり、電
流を生じる。この電流を電源機能を備えた装置２３で検
出し、検出された電流波形は検出信号解析装置２２へと
導かれる。この電流をイオン電流という。
【００２２】図３に、実測されたイオン電流と時間との
関係すなわちイオン電流波形を示す。図４に、イオン電
流波形の最初の極大値が出現するまでの時間ｔ1 あるい
はその極大値が出現したときのイオン電流強度Ｉ1 と空
燃比との関係、イオン電流信号のうち最初の極大値が出
現した後その信号が極小となるまでの時間ｔ2 と空燃比
との関係、及びイオン電流信号のうち最初の極大値が出
現した後その信号が極小となり再び増加して極大値が出
現するまでの時間ｔ3 あるいはそのときのイオン電流強
度Ｉ2 と空燃比との関係を示す。着火のためのアーク放
電によりイオン電流が時間０のところで検出され、その
後イオン電流は次第に減少し、再び増加して時間ｔ1 後
に極大となる。これは、点火栓の中心電極２４と接地極
２５の間に火炎が成長してきたためにイオンやラジカル
を生成し、そのため生じた電流であり、火炎核による電
流と考えられる。その後、火炎核が成長しながら、この
火炎は次第に点火栓から離れていくために点火栓の中心
電極２４と接地極２５の間のイオンやラジカル濃度は低
下していくので、イオン電流値は減少する。そして成長
した火炎は乱流状態で再び点火栓の所に戻るので、イオ
ン電流値は再び増加するが、その後は消炎のためイオン
電流値は０に近づいていく。イオン電流は、概略このよ
うな変化を示す。図３のようにｔ1，ｔ2，ｔ3，Ｉ1，Ｉ
2 を決めて、火炎の空燃比との関係を調べたところ、図
４に示す関係が得られた。すなわち時間ｔ1，ｔ2，ｔ3
については、当量付近で極小値を示し、電流値Ｉ1，Ｉ2
は当量付近で極大値を示す。これらの関係と供給空気量
や燃料量等から、実燃焼火炎の空燃比を推定できる。ま
た、火炎の着火が不十分、あるいは着火しない場合に
は、前者の場合Ｉ2 が検出されず、後者の場合Ｉ1とＩ2
が検出されないので、失火検出も可能になる。しかしな
がら、ｔ1，ｔ2，ｔ3，Ｉ1，Ｉ2 の値はいずれもその値
に対し、２つの空燃比を与えてしまう。従って、現状の
燃焼が大まかに空気過剰なのか、空気不足なのかを知れ
ば良い。それに対しては、図１に示す酸素センサ４０を
用いる。空気過剰であれば酸素センサから酸素濃度によ
る出力があり、空気不足ではその信号が無いので、大ま
かにはどちらの方向にあるのかが分かる。従って、この
ような場合にはｔ1，ｔ2，ｔ3，Ｉ1，Ｉ2 の値はいずれ
かを知れば良いことになる。通常の自動車には酸素セン
サが装備されている。
関係すなわちイオン電流波形を示す。図４に、イオン電
流波形の最初の極大値が出現するまでの時間ｔ1 あるい
はその極大値が出現したときのイオン電流強度Ｉ1 と空
燃比との関係、イオン電流信号のうち最初の極大値が出
現した後その信号が極小となるまでの時間ｔ2 と空燃比
との関係、及びイオン電流信号のうち最初の極大値が出
現した後その信号が極小となり再び増加して極大値が出
現するまでの時間ｔ3 あるいはそのときのイオン電流強
度Ｉ2 と空燃比との関係を示す。着火のためのアーク放
電によりイオン電流が時間０のところで検出され、その
後イオン電流は次第に減少し、再び増加して時間ｔ1 後
に極大となる。これは、点火栓の中心電極２４と接地極
２５の間に火炎が成長してきたためにイオンやラジカル
を生成し、そのため生じた電流であり、火炎核による電
流と考えられる。その後、火炎核が成長しながら、この
火炎は次第に点火栓から離れていくために点火栓の中心
電極２４と接地極２５の間のイオンやラジカル濃度は低
下していくので、イオン電流値は減少する。そして成長
した火炎は乱流状態で再び点火栓の所に戻るので、イオ
ン電流値は再び増加するが、その後は消炎のためイオン
電流値は０に近づいていく。イオン電流は、概略このよ
うな変化を示す。図３のようにｔ1，ｔ2，ｔ3，Ｉ1，Ｉ
2 を決めて、火炎の空燃比との関係を調べたところ、図
４に示す関係が得られた。すなわち時間ｔ1，ｔ2，ｔ3
については、当量付近で極小値を示し、電流値Ｉ1，Ｉ2
は当量付近で極大値を示す。これらの関係と供給空気量
や燃料量等から、実燃焼火炎の空燃比を推定できる。ま
た、火炎の着火が不十分、あるいは着火しない場合に
は、前者の場合Ｉ2 が検出されず、後者の場合Ｉ1とＩ2
が検出されないので、失火検出も可能になる。しかしな
がら、ｔ1，ｔ2，ｔ3，Ｉ1，Ｉ2 の値はいずれもその値
に対し、２つの空燃比を与えてしまう。従って、現状の
燃焼が大まかに空気過剰なのか、空気不足なのかを知れ
ば良い。それに対しては、図１に示す酸素センサ４０を
用いる。空気過剰であれば酸素センサから酸素濃度によ
る出力があり、空気不足ではその信号が無いので、大ま
かにはどちらの方向にあるのかが分かる。従って、この
ような場合にはｔ1，ｔ2，ｔ3，Ｉ1，Ｉ2 の値はいずれ
かを知れば良いことになる。通常の自動車には酸素セン
サが装備されている。
【００２３】図５及び図６には、エンジン頭部とシリン
ダ１４の境界にガスケット２１が設けられ、このガスケ
ット２１には燃焼状態を評価するための複数個の検出手
段がシリンダ内周に沿って複数個備えられた構造を示
す。ここでは、検出手段は８箇所（８チャンネル）あ
る。１つの１つの検出手段は、図５に示すように、間隔
Ｌ２を有する２つの金属電極６０を有しそのうちの一方
は接地され、他方には一定電圧電源と、それに直列に接
続された抵抗と、電流が生じた際にその抵抗の両端で電
圧を測定し電流値を求めるための電流検出回路６１とが
備えられる。火炎が無い場合には、間隔Ｌ２の所は空気
で絶縁されているために開回路であるため電流は生じな
い。しかし、火炎がそこに触れると、前述と同様に導電
性のイオンや電子，ラジカルのため閉回路になり電流を
生じ回路６１により電流が検出され、その信号は検出信
号解析装置２２へと至る。なお、図５では１気筒分につ
いて示しており、４気筒の場合にはこれが４セットにな
る。
ダ１４の境界にガスケット２１が設けられ、このガスケ
ット２１には燃焼状態を評価するための複数個の検出手
段がシリンダ内周に沿って複数個備えられた構造を示
す。ここでは、検出手段は８箇所（８チャンネル）あ
る。１つの１つの検出手段は、図５に示すように、間隔
Ｌ２を有する２つの金属電極６０を有しそのうちの一方
は接地され、他方には一定電圧電源と、それに直列に接
続された抵抗と、電流が生じた際にその抵抗の両端で電
圧を測定し電流値を求めるための電流検出回路６１とが
備えられる。火炎が無い場合には、間隔Ｌ２の所は空気
で絶縁されているために開回路であるため電流は生じな
い。しかし、火炎がそこに触れると、前述と同様に導電
性のイオンや電子，ラジカルのため閉回路になり電流を
生じ回路６１により電流が検出され、その信号は検出信
号解析装置２２へと至る。なお、図５では１気筒分につ
いて示しており、４気筒の場合にはこれが４セットにな
る。
【００２４】図７にイオン電流値測定の一例を示す。チ
ャンネル１では時間Ｔ１後にイオン電流値は極大とな
り、チャンネル２ではそれより遅れて火炎が到達したた
め時間Ｔ２後にイオン電流値は極大となっている。すな
わち、金属電極６０に火炎が到着し始めて、次いで消炎
のため火炎が再び電極６０から離れるためにイオン電流
波形は極大値を持つことになる。従って、極大値を示す
時間差から火炎の到着時間が分かる。これらの結果か
ら、図８のようにシリンダ内で火炎１５は、チャンネル
１やチャンネル８の方に偏っていることが分かる。火炎
が偏らないで燃焼することは高効率燃焼につながる。ど
ちらかに偏った燃焼をするということは、偏った方では
燃焼室内壁に火炎が接触する場合も生じ、そこでは火炎
温度が低下するため燃焼が不完全になり燃費が悪くな
る。また、局所的にシリンダを加熱することになり、ノ
ッキング発生の遠因ともなる。さらに、前述したよう
に、電流値はイオン濃度に相関し、イオン濃度は空燃比
と相関することから電流値から空燃比が分かる。各検出
端への火炎の到着時間差から、火炎の偏りが分かり、ま
た、その平均時間、あるいは全検出端のうち一番最初に
火炎を検出した時間から、火炎の拡がりが分かる。火炎
の拡がりとは、点火プラグで着火した火炎がエンジン頭
部とシリンダ１４の境まで到達する時間である。これが
分かると火炎伝播時間が分かることになり、正常に火炎
が拡がったのか否か判定できる。火炎が偏る、拡がり時
間が遅い、その火炎の空燃比が設定と合わないといった
ことが判定される場合、シリンダ内では燃料が内壁に付
着して拡散火炎となっていることが多い。本来なら燃料
と空気が良く混合した予混合燃焼火炎となるはずが、燃
料供給が不適当であったり、点火プラグの放電ミス等に
よる失火のために燃料がシリンダ内壁の液膜として残存
したために、液膜表面から燃焼がおきている。このよう
な燃焼は、単に燃焼しているだけであり、トルク不足な
上に未燃炭化水素が発生し、低公害，低燃費は実現でき
ない。これが多く検出される場合には、エンジンの点検
や整備が必要となる。頻度が少ない場合には、空燃比制
御を行ったり、放電エネルギを強くして着火ミスを回避
する。
ャンネル１では時間Ｔ１後にイオン電流値は極大とな
り、チャンネル２ではそれより遅れて火炎が到達したた
め時間Ｔ２後にイオン電流値は極大となっている。すな
わち、金属電極６０に火炎が到着し始めて、次いで消炎
のため火炎が再び電極６０から離れるためにイオン電流
波形は極大値を持つことになる。従って、極大値を示す
時間差から火炎の到着時間が分かる。これらの結果か
ら、図８のようにシリンダ内で火炎１５は、チャンネル
１やチャンネル８の方に偏っていることが分かる。火炎
が偏らないで燃焼することは高効率燃焼につながる。ど
ちらかに偏った燃焼をするということは、偏った方では
燃焼室内壁に火炎が接触する場合も生じ、そこでは火炎
温度が低下するため燃焼が不完全になり燃費が悪くな
る。また、局所的にシリンダを加熱することになり、ノ
ッキング発生の遠因ともなる。さらに、前述したよう
に、電流値はイオン濃度に相関し、イオン濃度は空燃比
と相関することから電流値から空燃比が分かる。各検出
端への火炎の到着時間差から、火炎の偏りが分かり、ま
た、その平均時間、あるいは全検出端のうち一番最初に
火炎を検出した時間から、火炎の拡がりが分かる。火炎
の拡がりとは、点火プラグで着火した火炎がエンジン頭
部とシリンダ１４の境まで到達する時間である。これが
分かると火炎伝播時間が分かることになり、正常に火炎
が拡がったのか否か判定できる。火炎が偏る、拡がり時
間が遅い、その火炎の空燃比が設定と合わないといった
ことが判定される場合、シリンダ内では燃料が内壁に付
着して拡散火炎となっていることが多い。本来なら燃料
と空気が良く混合した予混合燃焼火炎となるはずが、燃
料供給が不適当であったり、点火プラグの放電ミス等に
よる失火のために燃料がシリンダ内壁の液膜として残存
したために、液膜表面から燃焼がおきている。このよう
な燃焼は、単に燃焼しているだけであり、トルク不足な
上に未燃炭化水素が発生し、低公害，低燃費は実現でき
ない。これが多く検出される場合には、エンジンの点検
や整備が必要となる。頻度が少ない場合には、空燃比制
御を行ったり、放電エネルギを強くして着火ミスを回避
する。
【００２５】以上イオンセンサを用いたシリンダ内の燃
焼火炎評価方法として、特にシリンダ毎の空燃比を検出
することができる。現状のエンジン制御では、仮にシリ
ンダ毎の空燃比制御を行おうとしても、エンジン毎の空
燃比情報は得られないので不可能であり、全シリンダの
排ガスが集合した個所で酸素濃度を検出し平均的な空燃
比を検出し、それに応じて例えば燃料供給量を制御して
いる。そのような場合、例えば４気筒エンジンにおいて
第１，２気筒は設定どおりの空燃比で燃焼し、第３気筒
は設定より空気不足で燃焼し、第４気筒では第３気筒の
空気不足燃焼を相殺する程度の空気過剰燃焼をし、全体
として排ガスが集合した個所で調べると、見かけ上は設
定どおりの空燃比燃焼が得られているということもあり
うる。このような場合には、現状のエンジン制御システ
ムでは設定どおりなのでなんの制御も行わないことにな
ってしまう。従って、第３，４気筒の燃焼は設定空燃比
からずれている分、トルク不足になり、また、未燃焼物
が排出され、低燃費や低公害は得られない。本発明で
は、容易にシリンダ毎の空燃比を検出できるので、シリ
ンダ毎に、例えば燃料供給量を制御して全気筒を設定ど
おりの空燃比とすることができる。これは、イオンセン
サを用いた場合の特有のエンジン制御であり、したがっ
て、低燃費や低公害燃焼を実現できる。
焼火炎評価方法として、特にシリンダ毎の空燃比を検出
することができる。現状のエンジン制御では、仮にシリ
ンダ毎の空燃比制御を行おうとしても、エンジン毎の空
燃比情報は得られないので不可能であり、全シリンダの
排ガスが集合した個所で酸素濃度を検出し平均的な空燃
比を検出し、それに応じて例えば燃料供給量を制御して
いる。そのような場合、例えば４気筒エンジンにおいて
第１，２気筒は設定どおりの空燃比で燃焼し、第３気筒
は設定より空気不足で燃焼し、第４気筒では第３気筒の
空気不足燃焼を相殺する程度の空気過剰燃焼をし、全体
として排ガスが集合した個所で調べると、見かけ上は設
定どおりの空燃比燃焼が得られているということもあり
うる。このような場合には、現状のエンジン制御システ
ムでは設定どおりなのでなんの制御も行わないことにな
ってしまう。従って、第３，４気筒の燃焼は設定空燃比
からずれている分、トルク不足になり、また、未燃焼物
が排出され、低燃費や低公害は得られない。本発明で
は、容易にシリンダ毎の空燃比を検出できるので、シリ
ンダ毎に、例えば燃料供給量を制御して全気筒を設定ど
おりの空燃比とすることができる。これは、イオンセン
サを用いた場合の特有のエンジン制御であり、したがっ
て、低燃費や低公害燃焼を実現できる。
【００２６】図９に、以上の説明について総括した概略
の制御流れ図の一例を示す。なお、これは１つの気筒に
ついて示したものであり、本発明ではこの制御流れ図に
したがった制御を全シリンダに渡って行うため、非常に
きめ細かな精密制御が可能となり、したがって、低燃費
や低公害なエンジン燃焼を実現できる。
の制御流れ図の一例を示す。なお、これは１つの気筒に
ついて示したものであり、本発明ではこの制御流れ図に
したがった制御を全シリンダに渡って行うため、非常に
きめ細かな精密制御が可能となり、したがって、低燃費
や低公害なエンジン燃焼を実現できる。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、シリンダ内の火炎の状
態から直接的に燃焼状態、特に空燃比を検出することが
できる。このため、今後さらに厳しくなる排ガス規制や
燃費規制に対応するための燃焼制御技術を提供できる効
果がある。
態から直接的に燃焼状態、特に空燃比を検出することが
できる。このため、今後さらに厳しくなる排ガス規制や
燃費規制に対応するための燃焼制御技術を提供できる効
果がある。
【図１】本発明の内燃機関の概略構成図。
【図２】点火栓検出型イオン電流検出方法の一例を示す
説明図。
説明図。
【図３】イオン電流波形図。
【図４】イオン電流波形と空燃比の関係図。
【図５】ガスケット型イオン電流検出方法の一例を示す
説明図。
説明図。
【図６】イオン電流検出手段を内蔵したガスケットの概
略構成図。
略構成図。
【図７】ガスケット型イオン電流検出方法の一例を示す
波形図。
波形図。
【図８】ガスケット型イオン電流検出方法によると火炎
の偏りの解析結果を示す図。
の偏りの解析結果を示す図。
【図９】制御流れ図。
１０…吸気管、１１…空気、１２…燃料、１３…吸気
弁、１４…シリンダ、１５…火炎、２０…点火栓、２１
…ガスケット、２２…検出信号解析装置、３０…排気
管、４１…酸素濃度解析装置、５０…エンジン制御装
置。
弁、１４…シリンダ、１５…火炎、２０…点火栓、２１
…ガスケット、２２…検出信号解析装置、３０…排気
管、４１…酸素濃度解析装置、５０…エンジン制御装
置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｍ 15/00 Ｚ
Claims (11)
- 【請求項１】エンジンの燃焼室内での火炎の燃焼状態を
点火栓のギャップ間に発生するイオン電流を検出するこ
とにより評価する方法において、前記イオン電流の時間
経過に伴う波形の変化を解析して該波形のうち最初の極
大値が出現するまでの時間あるいはその極大値が出現し
たときのイオン電流強度から燃焼火炎の空燃比を推定す
ることを特徴とするエンジン火炎の評価方法。 - 【請求項２】請求項１において、前記イオン電流波形の
最初の極大値が出現するまでの時間あるいはその極大値
が出現したときのイオン電流強度と空燃比との関係を予
め求めておき、該関係に基づいて空燃比を推定すること
を特徴とするエンジン火炎の評価方法。 - 【請求項３】エンジンの燃焼室内での火炎の燃焼状態を
点火栓のギャップ間に発生するイオン電流を検出するこ
とにより評価する方法において、前記点火栓から出力さ
れる火炎に基づくイオン電流信号の時間変化波形を解析
して該信号のうち最初の極大値が出現した後その信号が
極小となるまでの時間から燃焼火炎の空燃比を推定する
ようにしたことを特徴とするエンジン火炎の評価方法。 - 【請求項４】請求項３において、前記イオン電流信号の
うち最初の極大値が出現した後その信号が極小となるま
での時間と空燃比との関係を予め求めておき、該関係に
基づいて空燃比を推定することを特徴とするエンジン火
炎の評価方法。 - 【請求項５】エンジンの燃焼室内での火炎の燃焼状態を
点火栓のギャップ間に発生するイオン電流を検出するこ
とにより評価する方法において、前記点火栓から出力さ
れる火炎に基づくイオン電流信号の時間変化波形を解析
して該信号のうち最初の極大値が出現した後その信号が
極小となり再び増加して極大値が出現するまでの時間あ
るいはそのときのイオン電流強度から燃焼火炎の空燃比
を推定するようにしたことを特徴とするエンジン火炎の
評価方法。 - 【請求項６】請求項５において、前記イオン電流信号の
うち最初の極大値が出現した後その信号が極小となり再
び増加して極大値が出現するまでの時間あるいはそのと
きのイオン電流強度と空燃比との関係を予め求めてお
き、該関係に基づいて空燃比を推定することを特徴とす
るエンジン火炎の評価方法。 - 【請求項７】エンジン頭部とシリンダとの間にイオンセ
ンサ内蔵ガスケットを設けて該イオンセンサからの出力
信号により燃焼室内での火炎の燃焼状態を評価する方法
において、前記イオンセンサから出力されたイオン電流
強度に基づいて空燃比を推定することを特徴とするエン
ジン火炎の評価方法。 - 【請求項８】エンジン頭部とシリンダとの間にイオンセ
ンサ内蔵ガスケットを設けて該イオンセンサからの出力
信号により燃焼室内での火炎の燃焼状態を評価する方法
において、前記イオンセンサを燃焼室を取り囲むように
複数個備え、該イオンセンサからの出力信号を用いて火
炎の形状或いは火炎の偏りを検出することを特徴とする
エンジン火炎の評価方法。 - 【請求項９】エンジン頭部とシリンダとの間にイオンセ
ンサ内蔵ガスケットを設けて該イオンセンサからの出力
信号により燃焼室内での火炎の燃焼状態を評価する方法
において、前記イオンセンサを燃焼室を取り囲むように
複数個備え、該イオンセンサからの出力信号の出力時間
差を用いて火炎の拡がりを検出することを特徴とするエ
ンジン火炎の評価方法。 - 【請求項１０】請求項１ないし７に記載の方法によって
求めた空燃比を取り込んでエンジンの燃料噴射弁の開度
を制御することを特徴とするエンジン制御方法。 - 【請求項１１】請求項１ないし７に記載の方法によって
エンジンの空燃比を求める空燃比検出手段と、得られた
空燃比を取り込んでエンジンの燃料噴射弁の開度を制御
するエンジン制御手段とを備えたことを特徴とする内燃
機関制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30495893A JPH07158500A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | エンジン火炎の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30495893A JPH07158500A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | エンジン火炎の評価方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07158500A true JPH07158500A (ja) | 1995-06-20 |
Family
ID=17939366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30495893A Pending JPH07158500A (ja) | 1993-12-06 | 1993-12-06 | エンジン火炎の評価方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07158500A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004184175A (ja) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Yamaha Motor Co Ltd | ガス濃度センサ及びエンジン用混合気濃度検出装置 |
| WO2006104144A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | National University Corporation Okayama University | イオンセンサ及びこのイオンセンサを用いた内燃機関制御システム並びに内燃機関の制御方法 |
| US7246600B2 (en) | 2004-12-27 | 2007-07-24 | Nippon Soken, Inc. | Control device for internal combustion engine |
| JP2008045518A (ja) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Mazda Motor Corp | エンジンの空燃比検出装置 |
| JP2014185626A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| CN106370771A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-02-01 | 天津大学 | 实现湍流火焰和冲击波的可视化定容燃烧试验装置及方法 |
-
1993
- 1993-12-06 JP JP30495893A patent/JPH07158500A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004184175A (ja) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Yamaha Motor Co Ltd | ガス濃度センサ及びエンジン用混合気濃度検出装置 |
| US7246600B2 (en) | 2004-12-27 | 2007-07-24 | Nippon Soken, Inc. | Control device for internal combustion engine |
| WO2006104144A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | National University Corporation Okayama University | イオンセンサ及びこのイオンセンサを用いた内燃機関制御システム並びに内燃機関の制御方法 |
| JP4834843B2 (ja) * | 2005-03-28 | 2011-12-14 | 国立大学法人 岡山大学 | イオンセンサ及びこのイオンセンサを用いた内燃機関制御システム並びに内燃機関の制御方法 |
| JP2008045518A (ja) * | 2006-08-21 | 2008-02-28 | Mazda Motor Corp | エンジンの空燃比検出装置 |
| JP4715680B2 (ja) * | 2006-08-21 | 2011-07-06 | マツダ株式会社 | エンジンの空燃比検出装置 |
| JP2014185626A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-10-02 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| CN106370771A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-02-01 | 天津大学 | 实现湍流火焰和冲击波的可视化定容燃烧试验装置及方法 |
| CN106370771B (zh) * | 2016-08-17 | 2020-02-07 | 天津大学 | 实现湍流火焰和冲击波的可视化定容燃烧试验装置及方法 |
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